(57)【要約】【課題】リン、有機物等を含む環境水、排水などの水質浄化を安価でかつ新規な浄化材で行い得るようにする。【解決手段】地下水の浄水汚泥を造粒した後、４００℃から１０００℃で過熱焼成した団粒構造の水質浄化材である。地下水は、リンや有機物などさまざまな物質に対する高い吸着活性を有する鉄・Ｍｎという金属酸化物を多く含有している。このため、この水質浄化材ａは、高効率でリン、有機物等を含むさまざまな水処理に効果的であり、また地下水中の溶解性Ｍｎを吸着除去する除Ｍｎ処理用の吸着用濾材、生物接触酸化用濾材、生物担体として、さまざまな生物処理に活用可能である。処理対象水は、河川、湖沼などの環境水、浄水処理、工業用水処理及び生活排水、産業排水、し尿、畜産排水及びそれらの処理水等が考えられる。その浄化装置の態様は図のごとくとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄水汚泥を造粒した後、過熱焼成した団粒構造の材料からなる水質浄化材。
【請求項２】
上記浄水汚泥が、地下水を原水とする浄水処理・工業用水処理から発生する汚泥、又は地下水中に含有する鉄、マンガンなどの金属成分を化学的酸化や生物接触酸化によって析出させた金属水酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の水質浄化材。
【請求項３】
上記過熱焼成温度を４００℃から１０００℃としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水質浄化材。
【請求項４】
一定の粒径に調整された種々の素材を核に、地下水を原水とする浄水処理・工業用水処理から発生する鉄、マンガンなどの水酸化物汚泥、又はその汚泥に種々の素材の粒材を浸漬したものを被覆したもの、又はその被覆の際にある種の無機・有機成分を添加したものを燒結した粒材から成る水質浄化材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の水質浄化材を使用する水質浄化・水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、リン、有機物等を含む環境水（河川、湖沼など）及び排水（生活排水、産業排水、し尿、畜産排水及びそれらの処理水等）の水質浄化材及びその水質浄化材を使用した水質浄化・水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、地下水を原水とする浄水処理や工業用水処理においては、除鉄・除Ｍｎ（マンガン）処理が中心的な処理である。その処理において、除鉄・除Ｍｎ用ろ過洗浄排水等の沈殿池に沈殿した汚泥（スラッジ）は、一定の脱水処理された後、その大部分は埋立処分されているが、今日、その埋め立て処分場の確保が困難になってきている。
【０００３】
このため、その脱水汚泥の有効利用技術が種々考案されており、例えば、その脱水汚泥を焼結土として、園芸用土、骨材等の建築資材、土壌改良材などに使用するものがある（特許文献１、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１１４５４９号公報
【非特許文献１】「水質環境工学−下水の処理・処分・再利用−」  技報堂出版株式会社、１９９３年３月３１日発行、訳者代表  松尾友矩
【０００４】
一方、リン、有機物等を含む環境水、排水などの水質浄化方法としては、活性炭やゼオライトなどの吸着材を用いた水質浄化方法が一般的であり、吸着材の吸着能が限界に達した段階で加熱処理、洗浄処理などにより再生して使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、その水質浄化方法においては、活性炭やゼオライトは高価であるために経済的負担が大きいことや、吸着材が高価であるために吸着材の吸着能が限界に達した段階で再生処理により再生することが多く、このような再生処理に余分な再生処理装置が必要になり、また再生処理した吸着材の吸着性能が初期のものに対して低下するという問題がある。
【０００６】
さらに、浄水場で発生する汚泥の量は増大する傾向にあり、しかも埋立地の確保が困難になってきているため、さらなる汚泥の有効利用が叫ばれている。
【０００７】
この発明は、リン、有機物等を含む環境水、排水などの水質浄化を安価でかつ新規な浄化材で行い得るようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、この発明は、新規な水質浄化材（吸着材・ろ過材・生物接触酸化用担体等）として、浄水汚泥を造粒した後、過熱焼成した団粒構造の材料からなるものとしたのである。
このとき、地下水は、通常、リンや有機物などさまざまな物質に対する高い吸着活性を有する鉄・Ｍｎという金属酸化物を多く含有しており、このため、その浄水汚泥により、浄化材を作れば、その浄化材はリンや有機物などさまざまな物質に対する高い吸着活性を有するものとなる。
浄水汚泥には、地下水を原水とする浄水処理・工業用水処理から発生する汚泥のみならず、地下水中に含有する鉄、マンガンなどの金属成分を化学的酸化や生物接触酸化によって析出させた金属水酸化物を使用できる。
【０００９】
また、水質浄化材には、上記浄水汚泥を造粒した後、過熱焼成した団粒構造の材料からなるものに限らず、一定の粒径に調整された種々の素材を核に、地下水を原水とする浄水処理・工業用水処理から発生する鉄、マンガンなどの水酸化物汚泥、又はその汚泥に種々の素材の粒材を浸漬したものを被覆したもの、又はその被覆の際にある種の無機・有機成分を添加したものを燒結した粒材から成るものを使用し得る。
【００１０】
これらの水質浄化材を使用すれば、有益な水質浄化・水処理方法を行うことができるが、一般的に、水質浄化に用いる浄化材・水処理材には、汚濁物質の吸着能に加えて通水性と耐水性が求められる。このため、浄水汚泥は通常微粉状であり、そのまま水質浄化材や水処理材として用いると流出や目詰まりが発生して吸着材や水処理材として使用が困難であるとともに吸着能が低く、あるいは処理性が悪いことから、汚泥を造粒後に加熱することにより吸着能・ろ過機能・生物担体としての機能性を向上させるとともに物理的強度（耐磨耗性）、耐水性を向上させ得る。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、地下水汚泥等を造粒した後、焼成・燒結したもの、種々の素材を核に地下水系浄水汚泥をコーテイングし、焼成・燒結した水質浄化・水処理材として用いることにより、従来、廃棄物として埋め立て処分していた汚泥を有効活用することが可能になる。この安価な水質浄化・水処理材を用いることにより低コストで高い水質浄化・水処理能力を安定して得ることができる。
すなわち、つぎの効果を発揮する。
（１）浄化材・水処理材として地下水の浄水汚泥を活用することにより汚泥を埋め立てする必要がなくなり環境への負荷を低減することが可能になる。地下水の汚泥は廃棄物として処分されていたものであり、廃棄物を金属資源として取り上げた有効活用例である。
（２）既存の吸着材、活性炭やゼオライトと比較し安価なため低コスト化できる。
（３）しかも高効率でリン、有機物等を含むさまざまな水処理に効果的である。
（４）本燒結粒材は地下水中の溶解性Ｍｎを吸着除去する除Ｍｎ処理用の吸着用濾材（一般的にはＭｎ砂と呼ばれる）として活用できる。
（５）水処理目的に応じ粒径を調整すれば、ろ過材として活用可能である。
（６）生物接触酸化用濾材、生物担体として、さまざまな生物処理に活用可能である。
（７）処理対象水では環境水（河川、湖沼など）、浄水処理、工業用水処理及び排水（生活排水、産業排水、し尿、畜産排水及びそれらの処理水等）の水質浄化が可能になり産業上の利用可能性は広く高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
地下水汚泥を乾燥工程、解砕工程、水補給などにより所望の含水率とした後、造粒機により団粒状ペレットに造粒して、例えば、焼成温度約４００℃〜１０００℃で焼成・燒結することにより団粒状浄化材・水処理材を得る。造粒が困難な場合は架橋剤を例えば、０．１〜３％混合して造粒、焼成後の強度を増すことにより耐水性を向上させることができる。造粒機としては押し出し式造粒機、転動式造粒機等を使用する。
【００１３】
その造粒方法としては、上記押し出し式造粒機、転動式造粒機等に限らず、乾燥汚泥に水分量を調整して造粒装置にて造粒するなどを採用でき、このとき、水分調整のみで造粒できない場合は架橋剤として大豆抽出物やベントナイトを例えば０．１〜３％用いることができる。
【００１４】
このようにして製造する水質浄化材・水処理材の耐水性を評価するために、造粒、焼成した材料を水中で超音波を３０秒間照射して、材料の分散状況を目視で評価した。加熱条件として温度と時間を変えた試験、架橋剤の使用の有無などによる耐水性の試験を行った。加熱しない場合や２００℃程度の加熱では十分な耐水性を得ることは出来なかったが、加熱条件を選択することにより、地下水汚泥を用いた耐水性に優れた水質浄化材・水処理材を得ることができた。
【００１５】
加熱条件の違いによる吸着性能を難分解性である腐植質のフルボ酸を用いて測定した。測定は暗所において室温２５℃で実施し、浄化材：１に対して河川水：２５（浄化材容量３．８５％）を接触させ、液相にフルボ酸３０ｐｐｍを添加して、溶存有機物濃度を１時間、２４時間、７２時間、１６８時間後に溶解性有機炭素量測定装置（ＤＯＣ）により測定した。なお添加したフルボ酸は市販のフミン酸中に不純物として含まれていたものを分離して使用した。
【００１６】
浄化材として、地下水を水源とする浄水場で発生した汚泥と、他の2種として表流水を水源とする汚泥を各々造粒後２００℃、４００℃、６００℃、９００℃で加熱したものと各々加熱してないものについて、固液間吸着分配係数Ｋｄの測定結果を図１に示す。
【００１７】
この実験によれば、加熱なしや２００℃で加熱した場合は吸着分配係数が低く、６００℃加熱で上昇した。浄水汚泥は４００℃の加熱でも良好な値となった。これに対して、表流水の浄水汚泥は加熱により吸着分配係数は上昇するが、地下水汚泥より低い値しかえられなかった。
【００１８】
地下水汚泥と表流水汚泥の吸着能力の違いは次の通りである。
地下水汚泥は鉄、マンガンの金属水酸化物と、凝集用に添加したアルミニウムである（またアルミニウムを含まないものもある。）。これは、地下水汚泥の主成分である鉄・Ｍｎ酸化物は、リン、フルボ酸のような有機物に対し、より高い吸着能力を示すものと考えられる。アルミニウムは水処理工程で加えられる凝集剤ポリ塩化アルミニウムによるが、地下水及び表流水の浄化工程で共通に加えられているため、リン、フルボ酸に対するこのような吸着性能の違いは、やはり地下水に含まれる鉄、Ｍｎ酸化物が多いことによると考えられる。
【００１９】
また、表流水の場合は、雨量などの変化により水質が不安定であるのに対して、地下水の水質は表流水と比較して安定した金属成分の含有量を保つことから、地下水汚泥を水処理用吸着材として使用することにより安定した吸着能力を有する浄化材を得ることができる。
【００２０】
このようにして造粒した団粒状の浄化材・水処理材ａを図２のように下部砕石層１と上部砕石層２の間に地下水汚泥から作成した浄化材・水処理材ａを設置して、給水管３から浄化する水を散布し、浄化材・水処理材ａの層を通過して浄化された水を排出管４より排出する。浄化材層には地下水汚泥からの浄化材単体でも良いが、他の浄化材を混合して用いても良い。
【００２１】
また、図２では上部から給水して下部から排水する方式であるが、下部から給水して上部から排水する上向流方式を用いても良い。
【００２２】
このような浄化材の処理目的としては第一にリン、有機物等を含む環境水（河川、湖沼、地下水など）、水道原水とその浄水処理、工業用水処理、及び排水（生活排水、産業排水、し尿、畜産排水及びそれらの処理水等）を浄化することができる。
【００２３】
浄化する速度は、浄化材層の厚さ、浄化する水に含まれる浄化対象物の濃度、浄化後に要求される浄化対象物の除去率などに依存するが、浄化材・水処理材層の厚さが１ｍ程度の場合、流速は１〜２ｍ／日程度が一般的であるが、浄化速度は使用目的により変化するものであり、本発明は浄化速度に限定されるものではない。
【００２４】
水処理目的の第二としては地下水に含有する溶解性のＭｎを遊離残留塩素（ＨＯＣＬ）が存在するもとで、連続的な吸着作用によってＭｎを除去する水処理用ろ過材Ｍｎ砂としての機能である。この過程で原水中の鉄は不溶解性の水酸化鉄微粒子になるので、本水処理材はろ過機能も発揮し、鉄酸化物をはじめ粘土など浮遊物質を濾別するろ過材として使用することができる。
【００２５】
第三の目的としては、地下水汚泥燒結粒材は多孔性に富み被表面積が大きいことである。この特徴によって良好な生物接触酸化用濾材、生物担体として機能を発揮することである。
【００２６】
この浄化材、水処理材は金属成分であることと、焼成・燒結材の形状によって、吸着機能、ろ過機能、生物を付着させ生物接触酸化機能をもつ生物担体としても効果的であり、水処理として幅広い活用が可能である。
【実施例１】
【００２７】
通水試験として、図２の態様のものを使用し、直径５ｃｍのアクリル製カラムを用いて、浄化材充填高さ２５ｃｍで通水方法は上向流、流速を１．５ｍ／日とした。試験に供した水は琵琶湖に流入する葉山川から採取し、ガラス繊維ろ紙（孔径０．７μｍ）でろ過したものを用いた。この水にリン酸（全リン、Ｔ−Ｐ：２０ｍｇ／Ｌ）をステップ入力し、ろ過水のＴ−Ｐを測定して通水後の除去率を求めた。浄化材として団粒状で産生する赤玉土、浄水汚泥のうち表流水汚泥を造粒したもの、浄水汚泥のうち地下水汚泥を造粒したものを用いて比較した。
【００２８】
この比較によれば、Ｔ−Ｐの除去率は赤玉土では７１％、表流水汚泥は７３％であったのに対して、地下水汚泥では８５％であった。
これは、地下水汚泥には鉄が２５〜３２％、マンガンが２．５〜４．５％、アルミニウムが５〜２２％含まれていて、これらの金属類によってリンの吸着能力が増大されたためと考えられる。表流水からできたスラッジでは浄水工程で凝集材のアルミニウムが加えられアルミ含有比は高いが、他の金属としては鉄・Ｍｎなどがわずかに含まれるだけである。
一般に、シルト質、粘土質のようにリン吸着に効果の低い成分が多いため、地下水汚泥と比較して吸着能力が低いと考えられ、鉄・Ｍｎ酸化物の含有比が極めて高い地下水汚泥の吸着能力は勝っている。
【実施例２】
【００２９】
地下水を水源とする浄水場で発生した汚泥と他の２種は表流水を水源とする浄水場から発生した汚泥を各々造粒後実施例１と同様にアクリル製カラムを用いて燐酸の替わりにフルボ酸（全炭素量ＤＯＣ：１６５ｍｇ／Ｌ）をステップ入力し、ろ過水のＤＯＣを測定してフルボ酸の除去率を求めた。
この実験においては、２種の表流水からの汚泥を６００℃で焼成して浄化材とした場合は除去率が７０〜８０％であったのに対して、地下水汚泥を６００℃で焼成した浄化材を用いた場合は９０％であった。しかも、地下水汚泥を４００℃で焼成した浄化材では図１に示すようにより高い除去率が得られた。このことから、地下水汚泥では低温での焼成でも高い除去率を達成できることから焼成時の消費エネルギーが少なくてすむという効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】３種類の浄水汚泥を造粒、焼成した浄化材を用いた場合の焼成温度とフルボ酸の固液間吸着分配係数Ｋｄの関係図
【図２】地下水汚泥を浄化材として用いる浄水方法の一実施例の断面図
【符号の説明】
【００３１】
ａ  地下水汚泥浄化材
１  下部砕石層
２  上部砕石層
３  給水管
４  排水管
【図１】
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【図２】
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